JPH0536993A - 半導体圧力検出装置 - Google Patents
半導体圧力検出装置Info
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- JPH0536993A JPH0536993A JP19229391A JP19229391A JPH0536993A JP H0536993 A JPH0536993 A JP H0536993A JP 19229391 A JP19229391 A JP 19229391A JP 19229391 A JP19229391 A JP 19229391A JP H0536993 A JPH0536993 A JP H0536993A
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- Japan
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- diaphragm
- silicon
- silicon wafer
- film layer
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】この発明は、特にフェイスダウン構造にした場
合にダイヤフラム部で歪ゲージに作用する熱応力の影響
を軽減し、精度の高い検出出力が保証されるようにした
半導体圧力検出装置を提供することを目的とする。 【構成】面方位｛１００｝の丸型、または｛１１０｝の
丸型あるいは角型のシリコンウエハ11にダイヤフラム12
を形成し、このシリコンウエハ11の表面にはシリコン酸
化膜層14と共にシリコン薄膜層15を形成し、このシリコ
ン薄膜層15をスペーサとしてガラス台座16を接合する。
そして、シリコン薄膜層15の一部を除去して、ダイヤフ
ラム12の領域に対応して圧力基準室17を形成し、ダイヤ
フラム12の表面部にブリッジを構成する歪ゲージ181 〜
184 を配置する。この場合、この歪みゲージ181 〜184
は、ダイヤフラ12の中心からの距離をｘ、ダイヤブム12
の中心と端部との距離をａとした場合、“ｘ／ａ≦０．
８８”の領域に設定する。
合にダイヤフラム部で歪ゲージに作用する熱応力の影響
を軽減し、精度の高い検出出力が保証されるようにした
半導体圧力検出装置を提供することを目的とする。 【構成】面方位｛１００｝の丸型、または｛１１０｝の
丸型あるいは角型のシリコンウエハ11にダイヤフラム12
を形成し、このシリコンウエハ11の表面にはシリコン酸
化膜層14と共にシリコン薄膜層15を形成し、このシリコ
ン薄膜層15をスペーサとしてガラス台座16を接合する。
そして、シリコン薄膜層15の一部を除去して、ダイヤフ
ラム12の領域に対応して圧力基準室17を形成し、ダイヤ
フラム12の表面部にブリッジを構成する歪ゲージ181 〜
184 を配置する。この場合、この歪みゲージ181 〜184
は、ダイヤフラ12の中心からの距離をｘ、ダイヤブム12
の中心と端部との距離をａとした場合、“ｘ／ａ≦０．
８８”の領域に設定する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、シリコンウエハによ
って構成されたダイヤフラム部に、ブリッジ状に接続さ
れる複数の歪ゲージを形成して構成した、特にフェイス
ダウン構造の半導体圧力検出装置に関する。
って構成されたダイヤフラム部に、ブリッジ状に接続さ
れる複数の歪ゲージを形成して構成した、特にフェイス
ダウン構造の半導体圧力検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、特開平２−１３８７７６号公報
に、シリコンチップの歪ゲージを配置する面とガラス台
座を接合するフェイスダウン構造の圧力検出装置が示さ
れている。
に、シリコンチップの歪ゲージを配置する面とガラス台
座を接合するフェイスダウン構造の圧力検出装置が示さ
れている。
【０００３】このフェイスダウン構造の半導体圧力検出
装置にあっては、ダイヤフラムを構成するシリコンチッ
プの表面にシリコン酸化膜（Ｓi Ｏ2）を形成すると共
に、このシリコン酸化膜上に陽極接合のための多結晶シ
リコンによるシリコン薄膜を堆積しているもので、この
シリコン薄膜のダイヤフラムに対応する部分の上は、圧
力基準室を形成するために、このシリコン薄膜がエッチ
ング除去している。そして、このシリコン薄膜をスペー
サとして、ガラス台座を接合している。
装置にあっては、ダイヤフラムを構成するシリコンチッ
プの表面にシリコン酸化膜（Ｓi Ｏ2）を形成すると共
に、このシリコン酸化膜上に陽極接合のための多結晶シ
リコンによるシリコン薄膜を堆積しているもので、この
シリコン薄膜のダイヤフラムに対応する部分の上は、圧
力基準室を形成するために、このシリコン薄膜がエッチ
ング除去している。そして、このシリコン薄膜をスペー
サとして、ガラス台座を接合している。
【０００４】この様な構造の圧力検出装置において、シ
リコンウエハ、シリコン酸化膜、シリコン薄膜は、それ
ぞれ熱膨脹係数が異なる。したがって、歪ゲージを配置
するようになるダイヤフラムの面には熱応力が発生す
る。
リコンウエハ、シリコン酸化膜、シリコン薄膜は、それ
ぞれ熱膨脹係数が異なる。したがって、歪ゲージを配置
するようになるダイヤフラムの面には熱応力が発生す
る。
【０００５】この熱応力は、圧力検出装置としてのオフ
セット電圧の温度依存の原因となるものであり、特に大
きな熱が作用する部位に設置される圧力検出装置の測定
精度の悪化の原因となる。
セット電圧の温度依存の原因となるものであり、特に大
きな熱が作用する部位に設置される圧力検出装置の測定
精度の悪化の原因となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】この発明は上記のよう
な点に鑑みなされたもので、特にシリコンウエハの表面
にシリコン薄膜をスペーサとしてガラス台座を接合する
ようなフェイスダウン構造とした場合において、熱応力
によって測定精度に作用する影響が排除されるようにし
て、検出精度の信頼性が向上されるようにした半導体圧
力検出装置を提供しようとするものである。
な点に鑑みなされたもので、特にシリコンウエハの表面
にシリコン薄膜をスペーサとしてガラス台座を接合する
ようなフェイスダウン構造とした場合において、熱応力
によって測定精度に作用する影響が排除されるようにし
て、検出精度の信頼性が向上されるようにした半導体圧
力検出装置を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この様に構成される半導
体圧力検出装置にあっては、結晶面方位｛１００｝の丸
型、または｛１１０｝の丸型あるいは角型のシリコンウ
エハの上にシリコン薄膜をスペーサとして台座を接合
し、前記シリコンウエハに形成されるダイヤフラムにブ
リッジ回路を構成する複数の歪ゲージを配置した圧力検
出装置において、ダイヤフラムの中心と歪ゲージとの距
離をｘ、前記ダイヤフラムの中心とその端部との距離を
ａとした場合、“ｘ／ａ≦０／８８”に設定されるよう
にする。
体圧力検出装置にあっては、結晶面方位｛１００｝の丸
型、または｛１１０｝の丸型あるいは角型のシリコンウ
エハの上にシリコン薄膜をスペーサとして台座を接合
し、前記シリコンウエハに形成されるダイヤフラムにブ
リッジ回路を構成する複数の歪ゲージを配置した圧力検
出装置において、ダイヤフラムの中心と歪ゲージとの距
離をｘ、前記ダイヤフラムの中心とその端部との距離を
ａとした場合、“ｘ／ａ≦０／８８”に設定されるよう
にする。
【０００８】
【作用】この様に歪ゲージを配置することによって、シ
リコンウエハ、シリコン薄膜等の熱膨脹係数の相違によ
って、各歪ゲージに加わる熱応力がキャンセルされるよ
うになり、歪ゲーシによって構成されるホイートストン
ブリッジからの熱応力による出力を抑制することができ
る。したがって、この圧力検出装置の検出精度は効果的
に向上される。
リコンウエハ、シリコン薄膜等の熱膨脹係数の相違によ
って、各歪ゲージに加わる熱応力がキャンセルされるよ
うになり、歪ゲーシによって構成されるホイートストン
ブリッジからの熱応力による出力を抑制することができ
る。したがって、この圧力検出装置の検出精度は効果的
に向上される。
【０００９】
【実施例】以下、図面を参照してこの発明の一実施例を
説明する。図１は半導体圧力検出装置の構造を示したも
ので、結晶方位｛１００｝または｛１１０｝のシリコン
ウエハ11をエッチングにより除去することによってダイ
ヤフラム12が形成される。このダイヤフラム12に対応す
る部屋13部分に被測定圧力媒体が作用される。
説明する。図１は半導体圧力検出装置の構造を示したも
ので、結晶方位｛１００｝または｛１１０｝のシリコン
ウエハ11をエッチングにより除去することによってダイ
ヤフラム12が形成される。このダイヤフラム12に対応す
る部屋13部分に被測定圧力媒体が作用される。
【００１０】このシリコンウエハ11の表面には、シリコ
ン酸化膜層14が全面に形成され、このシリコン酸化膜層
14の上に、さらに多結晶シリコンによるシリコン薄膜層
15が堆積形成される。そして、このシリコン薄膜層15を
スペーサとしてガラス台座16が接合される。
ン酸化膜層14が全面に形成され、このシリコン酸化膜層
14の上に、さらに多結晶シリコンによるシリコン薄膜層
15が堆積形成される。そして、このシリコン薄膜層15を
スペーサとしてガラス台座16が接合される。
【００１１】この場合、シリコン薄膜層15のダイヤフラ
ム12に対応する部分は、エッチングによって除去し、ダ
イヤフラム12とガラス台座16との間に、例えば真空の状
態にした圧力基準室17が形成されるようにしている。
ム12に対応する部分は、エッチングによって除去し、ダ
イヤフラム12とガラス台座16との間に、例えば真空の状
態にした圧力基準室17が形成されるようにしている。
【００１２】この圧力検出装置は、シリコン薄膜15を介
してダイヤフラム12を形成したシリコンウエハ11とガラ
ス台座16とを接合したフエイスダウン構造で構成される
もので、ダイヤフラム12の表面部に複数の歪ゲージ181
、182 、…が形成される。そして、これら歪ゲージ181
、182 、…は、アルミニウム配線19等によってホイー
トストンブリッジに接続されている。
してダイヤフラム12を形成したシリコンウエハ11とガラ
ス台座16とを接合したフエイスダウン構造で構成される
もので、ダイヤフラム12の表面部に複数の歪ゲージ181
、182 、…が形成される。そして、これら歪ゲージ181
、182 、…は、アルミニウム配線19等によってホイー
トストンブリッジに接続されている。
【００１３】図２の（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれダイヤ
フラム12に対するホイートストンブリッジを構成する４
個の歪ゲージ181 〜184 の配置状態を示したもので、
（Ａ）および（Ｂ）はダイヤフラム12が円形に構成され
た場合を示し、（Ｃ）はダイヤフラム12が正方形に構成
された場合を示している。
フラム12に対するホイートストンブリッジを構成する４
個の歪ゲージ181 〜184 の配置状態を示したもので、
（Ａ）および（Ｂ）はダイヤフラム12が円形に構成され
た場合を示し、（Ｃ）はダイヤフラム12が正方形に構成
された場合を示している。
【００１４】４個の歪ゲージ181 〜184 によってホイー
トストンブリッジを構成するシリコン半導体圧力検出装
置において、熱応力の影響を排除するためには、シリコ
ン面方位が｛１１０｝の（Ａ）図および（Ｃ）図の場合
には、縦方向の熱応力ρL のみが歪ゲージの抵抗変化に
寄与するため、ダイヤフラムの中心に配置される２本の
歪ゲージ183 、184 と他の２本の歪ゲージ181 、182 と
の縦方向の熱応力δLが等しくなるように設定すればよ
い。また、（Ｂ）図のようにシリコン面方位｛１００｝
の場合においては、４本の歪ゲージ181 〜184 にそれぞ
れ加わる縦方向の熱応力σL と横方向の熱応力σT とを
等しくすればよい。
トストンブリッジを構成するシリコン半導体圧力検出装
置において、熱応力の影響を排除するためには、シリコ
ン面方位が｛１１０｝の（Ａ）図および（Ｃ）図の場合
には、縦方向の熱応力ρL のみが歪ゲージの抵抗変化に
寄与するため、ダイヤフラムの中心に配置される２本の
歪ゲージ183 、184 と他の２本の歪ゲージ181 、182 と
の縦方向の熱応力δLが等しくなるように設定すればよ
い。また、（Ｂ）図のようにシリコン面方位｛１００｝
の場合においては、４本の歪ゲージ181 〜184 にそれぞ
れ加わる縦方向の熱応力σL と横方向の熱応力σT とを
等しくすればよい。
【００１５】図３は、有限要素法（ＦＥＭ）によって求
められたシリコンチップ（シリコンウエハ11）の表面に
堆積されたシリコン薄膜層15をスペーサとしてガラス台
座16を接合するフェイスダウン構造の、シリコンチップ
表面（歪ゲージ181 〜184 が配置される面）における熱
応力の分布の一例を示しているもので、（Ａ）は丸型ダ
イヤフラムの場合、（Ｂ）は角型ダイヤフラムの場合を
示している。
められたシリコンチップ（シリコンウエハ11）の表面に
堆積されたシリコン薄膜層15をスペーサとしてガラス台
座16を接合するフェイスダウン構造の、シリコンチップ
表面（歪ゲージ181 〜184 が配置される面）における熱
応力の分布の一例を示しているもので、（Ａ）は丸型ダ
イヤフラムの場合、（Ｂ）は角型ダイヤフラムの場合を
示している。
【００１６】この熱応力は、ダイヤフラムの厚さおよび
径、シリコンチップに堆積されるシリコン酸化膜層14お
よびシリコン薄膜層15の膜厚、さらにこれらの膜の形成
温度等によって変化するが、その分布形状はこれらの条
件によって変化しない（ＦＥＭによって確認した）。し
たがって、この様なフェイスダウン構造の圧力検出装置
において、図３で示した状況は一般的に成立する。
径、シリコンチップに堆積されるシリコン酸化膜層14お
よびシリコン薄膜層15の膜厚、さらにこれらの膜の形成
温度等によって変化するが、その分布形状はこれらの条
件によって変化しない（ＦＥＭによって確認した）。し
たがって、この様なフェイスダウン構造の圧力検出装置
において、図３で示した状況は一般的に成立する。
【００１７】したがって、シリコンダイヤフラム12の形
状、並びに歪ゲージ181 〜184 を配置する位置を、次の
ように限定することによって、熱応力の影響を受けない
高精度の圧力検出装置を構成することができる。
状、並びに歪ゲージ181 〜184 を配置する位置を、次の
ように限定することによって、熱応力の影響を受けない
高精度の圧力検出装置を構成することができる。
【００１８】ａ）シリコン面方位｛１００｝または｛１
１０｝の丸型ダイヤフラムにおいては、“ｘ／ａ＝０．
８８”の以下の領域に歪ゲージを配置する。 ｂ）シリコン面方位｛１１０｝の角型ダイヤフラムにお
いては、“ｘ／ａ＝０．８８以下の領域に歪ゲージを配
置する。
１０｝の丸型ダイヤフラムにおいては、“ｘ／ａ＝０．
８８”の以下の領域に歪ゲージを配置する。 ｂ）シリコン面方位｛１１０｝の角型ダイヤフラムにお
いては、“ｘ／ａ＝０．８８以下の領域に歪ゲージを配
置する。
【００１９】ただし、 ｘ：歪ゲージのダイヤフラム中心からの距離。 ａ：ダイヤフラムの中心と端部との距離（丸型の場合は
その半径）。
その半径）。
【００２０】図４はシリコンウエハ11のダイヤフラ12に
対応した被測定圧力が作用される部屋13の形成される裏
面とガラス台座16とを接合して構成した一般的な圧力検
出装置を示すもので、このシリコンウエハ11の表面には
シリコン酸化膜層14が形成されている。そして、ガラス
台座16には、部屋13に連通するようにして圧力導入孔20
が形成されている。
対応した被測定圧力が作用される部屋13の形成される裏
面とガラス台座16とを接合して構成した一般的な圧力検
出装置を示すもので、このシリコンウエハ11の表面には
シリコン酸化膜層14が形成されている。そして、ガラス
台座16には、部屋13に連通するようにして圧力導入孔20
が形成されている。
【００２１】この様な構成の圧力検出装置においても、
シリコン酸化膜層14等によって熱応力が発生しているも
のであるが、このシリコンウエハ11の表面の全面におい
て、縦方向および横方向の熱応力が等しく、且つその値
は一定であるので、歪ゲージ181 〜184 の配置位置によ
らずホイートストンブリッジからの熱応力による出力は
発生しない。
シリコン酸化膜層14等によって熱応力が発生しているも
のであるが、このシリコンウエハ11の表面の全面におい
て、縦方向および横方向の熱応力が等しく、且つその値
は一定であるので、歪ゲージ181 〜184 の配置位置によ
らずホイートストンブリッジからの熱応力による出力は
発生しない。
【００２２】
【発明の効果】以上のようにこの発明に係る半導体圧力
検出装置によれば、特にフェイスダウン構造においてシ
リコン面方位｛１００｝の丸型、または面方位｛１１
０｝の丸型あるいは角型のシリコンウエハに形成された
ダイヤフラムに配置される歪ゲージの配置位置を“ｘ／
ａ≦０．８８”に設定することにより、例えばブリッジ
回路を構成するようになる複数の歪ゲージに加わる熱応
力を互いにキャンセルすることができ、ホイートストン
ブリッジとして熱応力による出力が抑制される。したが
って、圧力検出精度が向上され、信頼性が得られるよう
になる。
検出装置によれば、特にフェイスダウン構造においてシ
リコン面方位｛１００｝の丸型、または面方位｛１１
０｝の丸型あるいは角型のシリコンウエハに形成された
ダイヤフラムに配置される歪ゲージの配置位置を“ｘ／
ａ≦０．８８”に設定することにより、例えばブリッジ
回路を構成するようになる複数の歪ゲージに加わる熱応
力を互いにキャンセルすることができ、ホイートストン
ブリッジとして熱応力による出力が抑制される。したが
って、圧力検出精度が向上され、信頼性が得られるよう
になる。
【図１】この発明の一実施例に係る半導体圧力検出装置
を説明する断面構成図。
を説明する断面構成図。
【図２】（Ａ）乃至（Ｃ）はそれぞれ上記圧力検出装置
の歪ゲージの配置状態の例を示す図。
の歪ゲージの配置状態の例を示す図。
【図３】（Ａ）および（Ｂ）はそれぞれ丸型および各型
ダイヤフラムにおいて、有限要素法によって求められた
熱応力の分布状態を説明する図。
ダイヤフラムにおいて、有限要素法によって求められた
熱応力の分布状態を説明する図。
【図４】圧力検出装置の一般的な構成を説明する図。
11…シリコンウエハ、12…ダイヤフラム、13…部屋、14
…シリコン酸化膜層、15…シリコン薄膜、16…ガラス台
座、17…圧力基準室、181 〜184 …歪ゲージ。
…シリコン酸化膜層、15…シリコン薄膜、16…ガラス台
座、17…圧力基準室、181 〜184 …歪ゲージ。
Claims (1)
- 【請求項１】 被測定圧力室に連通するダイヤフラムを
形成したシリコン面方位｛１００｝の丸型、または｛１
１０｝の丸型あるいは角型のシリコンウエハと、 前記ダイヤフラムの形成部位を除いて前記シリコンウエ
ハの表面に堆積形成されたシリコン薄膜と、 このシリコン薄膜をスペーサとして前記シリコンウエハ
を接合し、前記ダイヤフラムに対応する部分に圧力基準
室を形成する台座と、 前記シリコンウエハの前記ダイヤフラム部分に対応して
形成された複数の歪みゲージとを具備し、 この歪ゲージと前記ダイヤフラムの中心との距離をｘ、
および前記ダイヤフラムの中心とその端部との距離をａ
とした場合、“ｘ／ａ≦０．８８”に設定されるように
したことを特徴とする半導体圧力検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19229391A JPH0536993A (ja) | 1991-07-31 | 1991-07-31 | 半導体圧力検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19229391A JPH0536993A (ja) | 1991-07-31 | 1991-07-31 | 半導体圧力検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0536993A true JPH0536993A (ja) | 1993-02-12 |
Family
ID=16288870
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19229391A Pending JPH0536993A (ja) | 1991-07-31 | 1991-07-31 | 半導体圧力検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0536993A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4884873A (en) * | 1981-09-16 | 1989-12-05 | Manchester R & D Partnership | Encapsulated liquid crystal material, apparatus and method having interconnected capsules |
| JP2013145163A (ja) * | 2012-01-13 | 2013-07-25 | Denso Corp | 半導体圧力センサ、及び、その製造方法 |
| US9513182B2 (en) | 2012-06-29 | 2016-12-06 | Denso Corporation | Pressure sensor having multiple piezoresistive elements |
-
1991
- 1991-07-31 JP JP19229391A patent/JPH0536993A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4884873A (en) * | 1981-09-16 | 1989-12-05 | Manchester R & D Partnership | Encapsulated liquid crystal material, apparatus and method having interconnected capsules |
| JP2013145163A (ja) * | 2012-01-13 | 2013-07-25 | Denso Corp | 半導体圧力センサ、及び、その製造方法 |
| US9513182B2 (en) | 2012-06-29 | 2016-12-06 | Denso Corporation | Pressure sensor having multiple piezoresistive elements |
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